Regnbuer

Grundbeskrivelse

Regnbuer opstår, når man har solen i ryggen, og den står forholdsvist lavt på himlen. Det er et optisk fænomen, der kommer til udtryk i den karakteristiske multifarvede bue henover himlen. Farvespektret man ser, skyldes brydning af solens lys i de kugleformede vanddråber. Dråberne virker som prismer, der afbøjer lyset, når det trænger ind i dem, og bagsiden af hver dråbe virker yderligere som et spejl, der reflekterer lyset tilbage mod beskueren.

Primær og sekundær regnbue med Alexanders mørke bånd . (wikimedia commons)

Solens lys er hvidt, altså indeholder det alle tænkelige farver - eller sagt på en anden måde: Lys kan ses som et bølgefænomen, og det, vi opfatter som en farve, svarer til en bestemt bølgelængde. Det, vi opfatter som hvid, er en blanding af dem alle.

Lys bevæger sig med forskellig hastighed alt afhængig af, hvilket materiale det skal passere, og derfor afbøjes det. Langbølget lys (rødlige toner) afbøjes ikke så meget, som kortbølget (blålige toner), og derfor splittes den hvide stråle op i de individuelle farver (deraf udtrykket om alle regnbuens farver).

En regnbue danner faktisk en cirkel, men normalt vil man kun kunne se en del af den, da resten befinder sig under horisonten. Er man derimod højt oppe, som for eksempel i et fly og kigger ned, kan man være heldig at se hele cirklen.

Uddybende beskrivelse

Primærbuen:

Lysets gang i en vanddråbe ved dannelse af den primære regnbue. (Chano Birkelind)

Når man nævner regnbuen, vil de fleste nok tænke på den bue, der udgør den primære regnbue. Det er den mindste af de to mest tydelige regnbuer. Den opstår ved en vinkel på 40-42 grader mellem solens lys og beskuerens synstretning. 

Lyset brydes to gange og reflekteres en enkelt gang inde i dråben. 
Det hvide lys trænger ind i dråben og bliver afbøjet. Det violette lys afbøjes mere end det røde lys, hvilket betyder, at det violette lys rammer længere nede på bagsiden af dråben end det røde. 

Lyset reflekteres på bagsiden af dråben, der virker som et spejl. Det reflekterede lys bliver vendt om sådan, at det røde lys kommer ud nederst og det violette øverst, når lyset brydes igen på vej ud af dråben. Kigger man på billedet, kan man undre sig over, at spektret ikke ses omvendt. Det skyldes vinklen på det reflekterede lys. Det røde har en skarpere vinkel nedad og vil derfor ramme beskuerens øjne fra dråber, der ligger højere i atmosfæren end det violette. Hvorimod det røde vil ramme forbi ved en fladere vinkel. 

Sekundærbuen:

Lysets gang i en vanddråbe ved dannelse af den sekundære regnbue. (Chano Birkelind)

Den sekundære regnbue dannes ved en vinkel på 50-53 grader og er den større, men mindre intense regnbue, hvis farvespektrum er omvendt fra den primære bue - den går altså fra violet til rød.

Lyset trænger ind i dråben på undersiden og har en større vinkel med dråbens overflade end ved den primære. Derfor afbøjes det knap så kraftigt og reflekteres, første gang næsten modsat indgangspunktet. Derefter reflekteres det igen, næsten diagonalt overfor indgangspunktet, og brydes endnu engang, idet det forlader oversiden af dråben. 

Fordi lyset brydes to gange i dråben, spredes det mere end i den primære bue og farvespektret vendes om.  Farvebåndene er derfor bredere og mindre tydlige end den primære bues bånd. Den ses bedst på en mørk baggrund og kan ofte helt forsvinde, hvis der kun er blå himmel synlig bag den.  

Alexanders mørke bånd:

Alexanders mørke bånd står ganske skarpt på billedet. (Wikimedia commons)

På en god dag, hvor regnbuerne er tydelige, vil man kunne se, at området mellem den primære og sekundære bue (42-50 grader) virker mørkere end luften udenom buerne. Det skal forklares med, at lyset ikke reflekteres tilbage mod beskueren i dette område. Omvendt vil der udenfor de to regnbuer virke meget lysere end normalt, hvilket skyldes, at lys i alle bølgelængder blandes i disse områder, og det derfor bliver hvidligt.

Det mørke bånd mellem regnbuerne kaldes Alexanders mørke bånd efter Alexander af Aphrodisias, der allerede i år 200 beskrev det første gang.

Flerdobbelte regnbuer:

Er dråberne meget små og ensartede, vil man i sjældne tilfælde kunne se mindre hvide buer under den primære bue. Buerne skyldes, at lyset brydes i bestemte mønstre. Nogle steder vil lyset være i fase, og man vil opleve konstruktiv interferens i form af en forstærkning af lyset.

Modsat vil de visse steder være helt ude af fase og vil så at sige udligne hinanden. Man vil derfor se mørkere bånd mellem de hvide. I meget sjældne tilfælde vil man også kunne se disse buer på ydersiden af den sekundære regnbue.

Andre buer:

Regnbuer ved vandfald og lignende dannes på samme måde i de små dråber, der skabes, når vandet sprøjter ud til alle sider. Man kan altså nemt lave sin egen med eksempeltvis en haveslange. Det kræver blot, at man kan få skabt dråber i luften og har solen i ryggen.

Man kan derudover opleve mange andre typer buer udover de velkendte regnbuer. Omend de fleste skabes udfra samme princip, kan udseendet variere. Månen kan i yderst sjældne tilfælde danne en primær regnbue, hvis forholdene er til det, men det menneskelige øje vil opfatte den som grålig, fordi lyset er så svagt.

I tåge kan man også opleve, at der dannes hvidlige buer. Størrelsen af tågedråber er i omegnen af 100 gange mindre end en regndråbe (0.01 mm mod regndråbens 1 mm i diameter). Forskellen i størrelse betyder, at tågedråberne spreder lyset i stedet for at bryde og reflektere det som regndråber.

Chano Birkelind